普通物理学教程 力学 第3版PDF电子书下载

第一章 物理学和力学 1

1.1 发展着的物理学 2

（一）经典物理学与现代物理学 2

（二）微观世界 3

（三）宇宙的早期演化 4

（四）非线性系统的复杂行为 5

1.2 物理学科的特点 6

（一）物理学以实验为基础 7

（二）理想模型 7

（三）物理学的思考 8

（四）物理学理论 9

（五）物理·技术和经济 10

1.3 时间和长度的计量 10

（一）时间的计量 11

（二）长度的计量 12

1.4 单位制和量纲 14

（一）基本单位和导出单位 14

（二）国际单位制 14

（三）量纲式 16

1.5 数量级估计 17

1.6 参考系·坐标系与时间坐标轴 18

（一）参考系和坐标系 18

（二）时间坐标轴 19

1.7 力学——学习物理学的开始 20

学习第一章 的建议 21

思考题 22

第二章 质点运动学 23

2.1 质点的运动学方程 23

（一）质点的位置矢量与运动学方程 23

（二）位移——位置矢量的增量 26

2.2 瞬时速度矢量与瞬时加速度矢量 26

（一）平均速度与瞬时速度 26

（二）平均加速度与瞬时加速度 28

2.3 质点直线运动——从坐标到速度和加速度 30

（一）运动学方程 30

（二）速度和加速度 31

（三）匀速与匀变速直线运动 32

（四）宇宙年龄和大小的估计·测量重力加速度 33

2.4 质点直线运动——从加速度到速度和坐标 35

（一）从速度到运动学方程和位移 35

（二）已知加速度求速度和运动学方程 37

2.5 平面直角坐标系·抛体运动 39

（一）平面直角坐标系 39

（二）抛体运动 40

（三）用矢量讨论抛体运动 42

2.6 自然坐标·切向和法向加速度 43

（一）自然坐标 43

（二）速度·法向和切向加速度 44

2.7 极坐标系·径向速度与横向速度 49

（一）极坐标系 49

（二）径向速度与横向速度 49

2.8 伽利略变换 50

（一）伽利略变换 50

（二）伽利略变换蕴含的时空观 51

（三）伽利略速度变换关系 52

（四）加速度对伽利略变换为不变量 54

思考题 54

习题 55

选读材料 60

［选读2.1］ 伽利略小传 60

［选读2.2］ 伽利略与匀变速直线运动 60

第三章 动量·牛顿运动定律·动量守恒定律 62

3.1 牛顿第一定律和惯性参考系 63

3.2 惯性质量和动量 63

（一）惯性质量 64

（二）动量·动量变化率和力 66

（三）牛顿运动定律 67

（四）伽利略的相对性原理 69

3.3 主动力和被动力 71

（一）主动力 71

（二）被动力或约束力 73

3.4 牛顿运动定律的应用 75

（一）质点的直线运动 76

（二）变力作用下的直线运动 79

（三）质点的曲线运动 80

（四）质点的平衡 83

3.5 非惯性系中的动力学 85

（一）直线加速参考系中的惯性力 85

（二）离心惯性力 87

（三）科里奥利力 88

3.6 用冲量表述的动量定理 92

（一）力的冲量 92

（二）用冲量表述的动量定理 93

3.7 质点系动量定理和质心运动定理 94

（一）质点系动量定理 94

（二）质心运动定理 96

（三）质点系相对于质心系的动量 100

3.8 动量守恒定律 100

（一）质点系动量守恒定律 100

（二）动量沿某一坐标轴的投影守恒 102

3.9 火箭的运动 103

思考题 105

习题 107

选读材料 115

［选读3.1］ 关于牛顿和他的运动定律 115

［选读3.2］ （3.2.2 ）式的进一步论证 117

第四章 动能和势能 118

4.1 能量——另一个守恒量 118

4.2 力的元功·用线积分表示功 120

（一）力的元功和功率 121

（二）利用不同坐标系表示元功 122

（三）力在有限路径上的功 123

4.3 质点和质点系动能定理 125

（一）质点的动能定理 125

（二）质点系内力的功 126

（三）质点系的动能定理 127

4.4 保守力与非保守力·势能 129

（一）力场 129

（二）保守力与非保守力 130

（三）势能 132

（四）势能是物体相对位置的函数 134

4.5 功能原理和机械能守恒定律 134

（一）质点系的功能原理 134

（二）质点系的机械能守恒定律 135

4.6 对心碰撞 138

（一）关于对心碰撞的基本公式 139

（二）完全弹性碰撞·查德威克发现中子 140

（三）完全非弹性碰撞 143

（四）非完全弹性碰撞 144

4.7 非对心碰撞 145

4.8 质心参考系的运用·粒子的对撞 148

思考题 150

习题 151

选读材料 157

质点平衡的稳定性 157

第五章 角动量·关于对称性 161

5.1 质点的角动量 162

（一）质点的角动量 162

（二）力对一参考点的力矩 163

（三）质点对参考点的角动量定理和守恒定律 164

（四）质点对轴的角动量定理和守恒定律 165

5.2 质点系的角动量定理及角动量守恒定律 168

（一）质点系对参考点的角动量定理及守恒律 168

（二）质点系对轴的角动量定理及守恒律 169

5.3 质点系对质心的角动量定理和守恒定律 171

5.4 对称性·对称性与守恒律 173

（一）关于对称性 173

（二）守恒律与对称性 174

5.5 经典动力学的适用范围 177

思考题 179

习题 179

选读材料 181

［选读5.1］ 在直角坐标系中讨论角动量定理 181

［选读5.2］ 角动量守恒定律在运动生物力学中的应用 182

第六章 万有引力定律 184

6.1 开普勒定律 185

6.2 万有引力定律·引力质量与惯性质量 186

（一）万有引力定律 186

（二）引力质量与惯性质量 190

（三）引力常量的测量 191

（四）地球自转对重量的影响 193

（五）牛顿万有引力定律的适用范围 195

6.3 引力势能 196

6.4 潮汐 198

思考题 202

习题 202

选读材料 204

一个“三体问题”研究的启迪 204

第七章 刚体力学 208

7.1 刚体运动的描述 209

（一）刚体的平动 209

（二）刚体绕固定轴的转动 210

（三）角速度矢量 213

（四）刚体的平面运动 214

7.2 刚体的动量和质心运动定理 218

（一）刚体的质心 218

（二）刚体的动量与质心运动定理 220

7.3 刚体定轴转动的角动量·转动惯量 221

（一）刚体定轴转动对轴上一点的角动量 221

（二）刚体对一定转轴的转动惯量 222

（三）刚体定轴转动的角动量定理和转动定理 226

（四）刚体的重心 227

（五）典型的例子 228

7.4 刚体定轴转动的动能定理 231

（一）力矩的功 231

（二）刚体定轴转动的动能定理 232

（三）刚体的重力势能 234

7.5 刚体平面运动的动力学 235

（一）刚体平面运动的基本动力学方程 235

（二）作用于刚体上的力 236

（三）刚体平面运动的动能 240

（四）滚动摩擦力偶矩 240

（五）汽车轮的受力·汽车的极限速度 242

7.6 刚体的平衡 243

（一）刚体的平衡方程 243

（二）杆的受力特点 245

7.7 自转与进动 246

（一）常平架回转仪 246

（二）回转仪的进动 248

（三）地球的进动与章动 250

思考题 251

习题 252

选读材料 259

［选读7.1］ 角速度合成符合平行四边形法则 259

［选读7.2］ 滑轮受力分析 261

第八章 弹性体的应力和应变 262

8.1 弹性体的拉伸和压缩 263

（一）外力·内力与应力 263

（二）直杆的线应变 264

（三）胡克定律 265

（四）拉伸和压缩的形变势能 267

8.2 弹性体的剪切形变 268

（一）剪切形变·切应力与切应变 268

（二）剪切形变的胡克定律 270

8.3 弯曲和扭转 271

（一）梁的弯曲 271

（二）杆的扭转 273

思考题 275

习题 276

选读材料 277

［选读8.1］ 关于梁纯弯曲的曲率与力偶矩关系式（8.3.1）的推导 277

［选读8.2］ 关于圆柱体扭转角与力偶矩关系式（8.3.3）的推导 279

［选读8.3］ 弹簧的形变 279

第九章 振动 282

9.1 简谐振动的动力学特征 283

9.2 简谐振动的运动学 287

（一）简谐振动的运动学方程 287

（二）简谐振动的x-t图线和相轨迹 292

（三）简谐振动的矢量表示法 293

9.3 简谐振动的能量转化 294

9.4 简谐振动的合成 297

（一）同方向同频率简谐振动的合成 297

（二）同方向不同频率简谐振动的合成 298

（三）互相垂直相同频率简谐振动的合成 301

（四）互相垂直不同频率简谐振动的合成·李萨如图形 305

9.5 振动的分解 306

9.6 阻尼振动 308

9.7 受迫振动 311

（一）受迫振动的动力学方程 312

（二）受迫振动的运动特征 313

（三）位移共振 315

（四）受迫振动的能量转化 316

（五）速度共振 317

9.8 “不守规矩”的摆·混沌行为 319

（一）“不守规矩”的摆 319

（二）依赖初值的两种情况 321

9.9 参数振动·自激振动 324

（一）参数振动 324

（二）自激振动 326

思考题 326

习题 327

选读材料 330

［选读9.1］ 晶体中原子的振动（热振动） 330

［选读9.2］ 品质因数 331

第十章 波动和声 333

10.1 波的基本概念 334

（一）波是振动状态的传播 334

（二）多种多样的波 335

（三）平面波与球面波 336

10.2 平面简谐波方程 337

（一）平面简谐波方程 337

（二）平面简谐波方程的多种形式 340

10.3 波动方程与波速 341

（一）波动方程 341

（二）波速·色散现象 343

10.4 平均能流密度·声强与声压 345

（一）介质中波的能量分布 345

（二）平均能流密度 347

（三）声强与声强级 348

（四）声压·声强和声压的关系 349

（五）声波的衰减·超声波的优势 351

（六）波的反射和透射·半波损失 352

10.5 波的叠加和干涉·驻波 354

（一）波的叠加·群速 354

（二）波的干涉 356

（三）驻波 357

（四）弦与空气柱的本征振动 359

10.6 多普勒效应 363

（一）波源静止而观察者运动 363

（二）观察者静止而波源运动 364

（三）观察者和波源在同一条直线上运动 365

思考题 367

习题 368

选读材料 371

［选读10.1］ 孤子 371

［选读10.2］ 关于声压波方程的推导 373

［选读10.3］ 关于声强级与声压级 374

［选读10.4］ 反射系数、透射系数和半波损失 375

［选读10.5］ 马赫锥以及击波 376

第十一章 流体力学 380

11.1 理想流体 381

11.2 静止流体内的压强 382

（一）静止流体内一点的压强 382

（二）静止流体内不同空间点压强的分布 384

（三）相对于非惯性系静止的流体 388

11.3 流体运动学的基本概念 389

（一）流迹·流线和流管 389

（二）定常流动 391

（三）不可压缩流体的连续性方程 391

11.4 伯努利方程 392

11.5 流体的动量和角动量 398

（一）流体的动量 398

（二）流体的角动量 400

11.6 黏性流体的运动 401

（一）黏性定律 401

（二）雷诺数 402

（三）层流和湍流 403

（四）泊肃叶公式 404

（五）不可压缩黏性流体定常流动的功能关系 405

11.7 固体在流体中受到的阻力 406

（一）黏性阻力·密立根油滴实验 406

（二）涡旋的产生·压差阻力 408

（三）兴波阻力 409

11.8 机翼的升力 410

思考题 412

习题 415

选读材料 418

推导泊肃叶公式 418

第十二章 相对论简介 420

12.1 狭义相对论的历史背景 421

（一）麦克斯韦方程建立引起的问题 421

（二）菲索与迈克耳孙-莫雷实验 421

（三）关于相对性原理的思考 424

12.2 洛伦兹变换 425

（一）狭义相对论的基本假设 425

（二）洛伦兹变换 425

（三）洛伦兹变换蕴含的时空观 427

（四）尺缩钟慢的实验检验 429

12.3 相对论的速度变换 432

12.4 相对论的动量和能量 434

（一）相对论的动量 434

（二）相对论的质能公式 436

（三）动量-能量公式 438

（四）动量中心系 439

12.5 广义相对性原理 440

（一）关于惯性系和引力的思考 440

（二）等效原理和广义相对性原理 441

12.6 引力场与弯曲时空 442

12.7 广义相对论的实验验证 444

思考题 446

习题 446

选读材料 447

［选读12.1］ 爱因斯坦简介 447

［选读12.2］ 闵可夫斯基空间 448

数学知识 451

第一部分 微积分初步 451

1 函数、导数与微分 451

2 不定积分 454

3 定积分 457

第二部分 矢量 463

1 矢量 463

2 矢量的加法与减法 463

3 矢量的数乘 465

4 矢量的正交分解 465

5 矢量的标积和矢积 467

6 矢量的导数 469

习题答案 474

附录Ⅰ 名词索引 483

附录Ⅱ 人名索引 490

作者简介 493